电子科技大学《移动通信原理》第六章GSM及其增强移动

第六章GSM及其增强移动通信系统程郁凡[e-mail]通信抗干扰技术国家级重点实验室前言GSM概述GSM以前是GroupSpecialMobile(1982年设立)的缩写，现在是(GlobalSystemforMobileCommunications)的缩写GSM系统的发展现状100多个国家已建立了GSM网络。移动通信用户的大部分在使用GSM。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统2第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统32019年8月6.1GSM系统的业务及其特征GSM系统的业务电信业务为用户通信提供的包括终端设备功能在内的完整能力的通信业务：电话、短信、图文接入、传真、语音信箱等。承载业务提供用户接入点间信号传输的能力4业务基本业务附加业务电信业务承载业务终端设备数字蜂窝PLMN传输网终端网终端设备电信业务承载业务图6.1GSM系统业务分类图6.2GSM支持的基本业务附加业务对基本业务的补充。不能单独向用户提供，必须与基本业务一起提供，有来电显示、呼叫转移、呼叫限制、计费通知、三方通话等。第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统52019年8月6.2GSM系统的结构MSBSSMSC/VLREIRHLR/AUCPSTNISDNPDNNSSMSBTSBTSBSCMS：移动台BSS：基站子系统NSS：网络子系统OSS：操作支持子系统BTS：基站收发信台BSC：基站控制器MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器OMC：操作维护中心PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PDN：公用数据网Um接口Abis接口A接口OSSNMCOMC6移动台基站子系统网络子系统操作子系统6.2.1移动台移动台(MS：MobileStation)用户端的设备总称手持机、车载台、便携式台组成：移动设备话音编解码、信道编译码、加解密、调制解调、信息的发射和接收SIM卡(SubscriberIdentityModule)客户与设备分离存储用户身份信息安全保密2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统7机人6.2.2基站子系统MSMSC/VLREIRHLR/AUCPSTNISDNPDNNSSMSMS：移动台BSS：基站子系统NSS：网络子系统OSS：操作支持子系统BTS：基站收发信台BSC：基站控制器MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器OMC：操作维护中心PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PDN：公用数据网Um接口Abis接口A接口BSSBTSBTSBSCOSSNMCOMC8基站子系统基站子系统基站子系统（BSS：BaseStationSubsystem）在一定的无线覆盖区中，由MSC控制，与MS进行通信的设备。一个BSS可为一个或多个小区服务。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统9BSSBTSBTSBSCAbis接口基站收发信台（BTS：BaseTransceiverStation）：BSS的无线部分，为一个小区服务的无线收发设备。基站控制器（BSC:BaseStationController）：BSS的控制部分，负责无线资源和无线参数的管理。基站产品诺基亚室外基站简易配置，便于安装含四收发信机容量较大诺基亚室内基站解决室内覆盖的微蜂窝基站仅重2.4公斤，占地面积不超过一张A4纸。10基站控制器产品2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统11诺基亚的BSC产品6.2.3网络子结构MSBSSPSTNISDNPDNMSBTSBTSBSCMS：移动台BSS：基站子系统NSS：网络子系统OSS：操作支持子系统BTS：基站收发信台BSC：基站控制器MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器OMC：操作维护中心PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PDN：公用数据网Um接口Abis接口A接口NSSMSC/VLREIRHLR/AUCOSSNMCOMC12网络子系统网络子系统NSS：NetworkSubsystemGSM系统的交换功能用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库。组成：移动业务交换中心(MSC,MobileSwitchingCenter)归属位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)访问位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)鉴权中心(AUC,AuthenticationCenter)移动设备识别寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统13移动业务交换中心MSC（MobileSwitchingCenter）MSC是NSS的核心。MSC是交换机，除了一般的交换机功能外，还具有以下功能：14NSSMSC/VLREIRHLR/AUCOSS公网BSS呼叫控制位置登记与位置更新越区切换与其他功能实体交换信令信息支持短消息业务为了便于建立呼叫，可设置部分或全部MSC为入口MSC(GMSC)。常与VLR合并在一起。归属位置寄存器HLR（HomeLocationRegister）HLR是GSM系统的中心数据库，存储HLR控制区内所有用户（归属客户）的相关数据。用户的参数（静态数据）：每个用户购机时，就属于某一个HLR控制区，其用户识别号码已存储在HLR中。用户的位置信息（动态数据）：HLR控制区内的各个MS位置的信息，即MS当前停留在哪个MSC/VLR区。这一信息随着MS的移动而相应改变。HLR可与MSC/VLR一一对应，也可控制几个MSC/VLR。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统15访问位置寄存器VLR（VisitorLocationRegister）VLR是存储位置信息的动态数据库，它包含了当前处在本区（MSC区）的全部MS（包括漫游到该VLR所管辖的移动用户）的有关资料。当某一个MS用户漫游到新的MSC区，与该MSC连接的VLR就向这个MS用户所属地HLR请求该MS的有关数据并存储，同时并将此VLR号送至漫游用户的HLR。一旦用户离开该VLR的控制区域，重新在另一个VLR登记，原VLR删除临时记录的该移动用户的信息。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统16鉴权中心AUC（AuthenticationCenter）为系统提供客户鉴权所需要的数据，用以保护通过空中接口的移动客户通信不受侵犯。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统17NSSMSC/VLREIRHLR/AUCOSS公网BSS专用于GSM系统的安全性管理。数据的存储：存储每个用户的鉴权信息和加密密钥。产生、并向HLR传送鉴权三参数组（随机数RAND，符号响应SRES，密钥Kc）。常与HLR合并在一起。移动设备识别寄存器EIR（EquipmentIdentityRegister）存贮移动设备的国际移动设备识别码（IMEI:InternationalMobilestationEquipmentIdentity），完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，防止非法移动台的使用。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统18NSSMSC/VLREIRHLR/AUCOSS公网BSS白名单：包括可入网的合法移动台设备号（识别）。灰名单：包括有故障的、未经认证的移动台设备号（监视）。黑名单：被禁用（如失窃）的移动台设备号（闭锁）。HLRi产品集成产品：合并了诺基亚归属位置寄存器（HLRi）、鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统19产品大容量（120万用户），实现最大的成本效率；EIR容量大，白名单20万表目，灰名单和黑名单各4百万表目。6.2.4操作子系统MSMSC/VLREIRHLR/AUCPSTNISDNPDNNSSMSMS：移动台BSS：基站子系统NSS：网络子系统OSS：操作支持子系统BTS：基站收发信台BSC：基站控制器MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器OMC：操作维护中心PSTN：公用电话网ISDN：综合业务数字网PDN：公用数据网Um接口Abis接口A接口BSSBTSBTSBSCOSSNMCOMC20操作子系统操作子系统OSS（OperationSupportSystem）对整个GSM网络进行管理和监控。包括：操作维护中心(OMC,OperationandMaintenanceCenter)、网络管理中心(NMC,NetworkManagementCenter)移动用户管理用户数据管理：对HLR和SIM卡的数据管理计费管理。移动设备管理通过EIR实现，且EIR的数据通过NMC更新。网络操作与控制通过OMC实现对NSS和BSS的管理（故障管理、配置管理、性能管理等）。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统21第六章内容6.1GSM系统的业务及其特征6.2GSM系统的结构6.3GSM系统的信道6.4GSM的无线数字传输6.6GSM系统的接续和移动性管理6.7通用分组无线业务第六章GSM及其增强移动通信系统222019年8月6.3GSM系统的信道6.3.1物理信道和逻辑信道6.3.2物理信道和逻辑信道的配置6.3.3突发脉冲6.3.4定时提前量第六章GSM及其增强移动通信系统232019年8月6.3.1物理信道和逻辑信道GSM系统的多址方式——FDMA/TDMA24上行下行定义物理信道：用来传送信号或数据的物理通路，一个时隙（TS）占有25MHz带宽，包含124对频道，频道间隔200kHz（124×200kHz=24.8MHz）每个载频按时间划分成很多周期性的帧，每帧分为8个时隙(slot)，每个时隙称为信道，或物理信道；一个载频可提供8个物理信道，共992（124×8）个物理信道逻辑信道：物理信道上所传输的内容根据物理信道所传输的信息种类的不同可定义不同的逻辑信道。业务信道和控制信道根据传输方向又分为：上行信道和下行信道。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统25物理信道相关工作参数(1)(1)工作频段、双工收发间隔2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统2645MHz95MHz物理信道相关工作参数(2)(2)频道间隔相邻频道间隔200kHz，每个频道分8个信道（时隙）。(3)频道配置以900MHz频段为例：上行：890~915MHz，下行：935~960MHz，频道序号n为1~124。频道标称中心频率为：(4)保护频带：400kHz不同系统的频率相邻时，两系统之间（频道中心频率之间）需留出400kHz保护频带。2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统27890.210.20045lhlfnMHznMHzfnfnMHz上行：下行：物理信道相关工作参数(3)(5)频率复用方式2019年8月第六章GSM及其增强移动通信系统281234567891011121234567891011121234567891011121234567891011128115713981157985391173图6.34×3复用模式图6.47组复用模式逻辑信道(1)逻辑信道：物